Principales Componentes del Equipo de Peroración TEMA II Principales Componentes del Equipo de Peroración Objetivo: El alumno identificará el funcionamiento e interrelación de los sistemas que constituyen el equipo de perforación rotatorio. 2.1. Sistema de Suministro de Energía. 2.2. Sistema de Izaje. 2.3. Sistema de Circulación. 2.4. Sistema Rotatorio. 2.5. Sistema de Control. 2.6. Sistema de Medidor de Parámetros de Perforación.

2.1 Sistema de Suministro de Energía Altos Requerimientos De Energía Son transmitidas a algunas partes del equipo como son: el malacate, las bombas, el sistema de rotación y algunos sistemas auxiliares. El sistema de potencia en un equipo de perforación generalmente consiste de una fuente primaria de potencia. La potencia primaria puede ser transmitida hacia el equipo que la utilizará por medio de los siguientes medios: Sistema Diessel Mecánico (Convencional). Sistema Diessel Eléctrico Cd/Cd). Sistema Diessel Eléctrico ca/cd).

Sistema diessel mecánico (convencional). 2.1 Sistema de Suministro de Energía Sistema diessel mecánico (convencional). la transmisión de energía se efectúa a través de convertidores de torsión, flechas, cadenas, transmisiones, cuya eficiencia mecánica promedio es del 65%. Sistema diessel eléctrico cd/cd Estos sistemas usan generadores y motores de corriente directa con una eficiencia real en conjunto del 85%. En este sistema, la energía disponible se encuentra limitada por la razón de que sólo un generador cd se puede enlazar eléctricamente a un motor cd dando como resultado 1,600 HP disponibles para impulsar el malacate.

Sistema Diessel Eléctrico Ca/Cd 2.1 Sistema de Suministro de Energía Sistema Diessel Eléctrico Ca/Cd Están compuestos por generadores de ca y por rectificadores de corriente directa (SCR). Estos sistemas obtienen una eficiencia del 98%, la energía disponible se puede canalizarse parcial y totalmente a la maquinaria que la usará (rotaria, malacate y bombas). La ventaja de este sistema es que toda la potencia podría dirigirse o impulsar al malacate teniendo una disponibilidad de potencia de 2,000 HP. Estos motores ofrecen una vida más larga y menor costo.

Transmisión Eléctrica. 2.1 Sistema de Suministro de Energía Hay dos Métodos para Transmitir la Potencia Hasta los Componentes del Equipo: Transmisión Mecánica. Transmisión Eléctrica.

Flechas Cadenas Ruedas dentadas Poleas Ejes 2.1 Sistema de Suministro de Energía Transmisión Mecánica.- la transmisión de Energía – desde la toma de fuerza del motor diesel de combustión interna- hasta la flecha de entrada de la maquinaria de perforación (malacate, rotatoria y bombas de lodo), es através de convertidores de torsión: Flechas Cadenas Ruedas dentadas Poleas Ejes La eficiencia mecánica anda por el orden del 65%. El factor de eficiencia (E) describe las pérdidas de potencia que existen desde la fuente primaria hasta el motor y se obtiene mediante la siguiente fórmula: Potencia de Salida – Potencia de Entrada E = Potencia de Salida

Transmisión eléctrica.- 2.1 Sistema de Suministro de Energía Transmisión eléctrica.- los motores suministran energía a grandes generadores que a su ves producen electricidad que se transmite por cables hasta un dispositivo de distribución y de éste a los motores eléctricos que van conectados directamente al equipo (bombas, malacate y rotaria). Ventajas sobre las de transmisión mecánica; No es necesario colocar los generadores y los motores primarios adyacentes al equipo, se incrementa la seguridad, se reduce el nivel de ruido y la eficiencia se incrementa de un 85 a un 90%.

2.2 Sistema de Izáje Objetivo: Aportar los medios para levantar y bajar la sarta de perforación, revestimiento y otros equipos subsuperficiales, para realizar conexiones y viajes. Este sistema suministra un medio por el cual se da movimiento vertical a la tubería que esta dentro del pozo Los principales componentes de este sistema son: Mástil y subestructura El malacate. La corona y la polea viajera (sistema de poleas). El cable de perforación. Equipo auxiliar tal como elevadores, gancho, etc.

2.2 Sistema de Izáje Mástil, Estructura de acero con capacidad para soportar todas las cargas verticales, cargas excedentes y el empuje por la acción del viento. La longitud de estos varía de 24.5 a 57.5 m. Mástil Subestructura. Es el soporte de la torre, Espacio para colocar los preventores.

Consideraciones para el diseño: Mástil 2.2 Sistema de Izáje Consideraciones para el diseño: Mástil El mástil debe soportar con seguridad todas las cargas (jalón) y cargas que excedan la capacidad del cable. Deberá soportar el empuje máximo por la velocidad del viento. La plataforma de trabajo tiene que estar a la altura apropiada para el buen manejo de la tubería (lingadas).

2.2 Sistema de Izáje Malacate Es el elemento que utiliza la energía del sistema de potencia para aplicarle una fuerza al cable de perforación. Esta provisto de un sistema de frenos para controlar las altas cargas y un sistema de enfriamiento para disipar el calor generado por la fricción en las balatas. Freno Tambor El tambor del malacate tiene un ranurado para acomodar el cable de perforación.

Los Equipos Eléctricos 2.2 Sistema de Izáje Los Equipos Mecánicos utilizan un freno auxiliar del tipo hidromático, el cual trabaja impulsando agua en dirección opuesta a la rotación del tambor principal. Los Equipos Eléctricos usan un freno auxiliar del tipo electromagnético en el cual se generan dos campos magnéticos opuestos cuya magnitud depende de la velocidad de rotación.

Sistema de Poleas 2.2 Sistema de Izáje Es el que une al malacate con la tubería de perforación o revestimiento y proporciona un medio mecánico para bajar o levantar dichas tuberías. La corona es una serie de poleas fijas colocadas en la parte superior del mástil. La polea viajera, como su nombre lo indica, es de libre movilidad. También se le conoce como: Block y Gancho.

2.3 Sistema de Circulación La función principal del sistema de circulación, es la de extraer los recortes de roca del pozo durante el proceso de perforación. El sistema esta compuesto por equipo superficial y sub superficial. Sub superficial

Los componentes del equipo sub superficial son: 2.3 Sistema de Circulación Los componentes del equipo sub superficial son: La tubería de perforación, los lastra barrenas, la barrena y el mismo pozo. El equipo superficial esta compuesto por: Las Bombas Las Presas De Lodo (Descarga, De Asentamiento Y La De Succión) El Stand Pipe El Equipo De Control De Sólidos El Desgasificador Temblorina

En La Industria Petrolera Se Utilizan Dos Tipos De Bombas: 2.3 Sistema de Circulación En La Industria Petrolera Se Utilizan Dos Tipos De Bombas: Bomba Duplex.- Estas bombas se caracterizan por estar constituidas de dos pistones y manejar altos gastos pero baja presión de descarga. Son de doble acción, o sea que bombean el fluido en los dos sentidos. En la actualidad estas bombas se utilizan en los equipos que reparan pozos ó en perforación somera. La presión máxima recomendada de trabajo para estas bombas es de 3,000 lb/pg2. Bomba triplex.- Están constituidas por tres pistones de acción simple y se caracterizan por manejar altas presiones de descarga y altos gastos y son de fácil mantenimiento.

2.3 Sistema de Circulación Un Deficiente Sistema de Circulación nos Puede Ocasionar la Siguiente Problemática: Deficiencia en las bombas: Limpieza pobre del pozo Disminución en la velocidad de penetración Atrapamiento de la sarta de perforación Aumento en la densidad del lodo por incorporación de sólidos

Sistema inadecuado de eliminador de sólidos: 2.3 Sistema de Circulación Sistema inadecuado de eliminador de sólidos: Aumento en la densidad del lodo Disminución en la velocidad de penetración Aumento en la viscosidad del lodo Pegaduras por presión diferencial Desgasificador: Disminución en la densidad del lodo Problema de arrancones (flujos de la formación) Inestabilidad del agujero (por baja densidad)

2.4 Sistema Rotatorio El Sistema Rotatorio es el Encargado de Proporcionar la Acción de Rotación a la Barrena Para Que Realice la Acción de Perforar. En la actualidad existen tres formas de aplicar rotación a la barrena: El Sistema Rotatorio Convencional El Sistema Top Drive Motores De Fondo

2.4 Sistema rotatorio El sistema rotatorio convencional.- 2.4 Sistema de Rotario Unión giratoria El sistema rotatorio convencional.- Este sistema es superficial y transmite la rotación a la tubería de perforación y esta a su ves a la barrena. Este sistema esta compuesto por: Válvula seguridad kelly Mesa rotaria (rotaria) Buje maestro (buje) Bushing kelly (bushing) Kelly (flecha) Unión giratoria (swivel) Válvula seguridad Bushing kelly Buje maestro Mesa rotaria

En la parte superior de la flecha se conecta la unión giratoria. 2.4 Sistema de Rotario Mesa rotaria.- La función principal es proporcionar el movimiento giratorio, que en conjunto con los bujes es transmitido a la flecha, al swivel y a la sarta de perforación. La flecha (kelly).- Es un elemento de acero de forma cuadrada y hexagonal que se instala en la parte superior de la tubería de perforación, en ella se instalan válvulas de segurirar en ambos extremos para el control de flujos del pozo. Las flechas estandar miden 12.20 m (40 pies) Es el elemento encargado de transmitir la rotación hacia la tubería de perforación, lastrabarrenas y la barrena. En la parte superior de la flecha se conecta la unión giratoria. Kelly Bushing Rotaria Pins Buje maestro

Soportar el peso de la flecha y sus accesorios. 2.4 Sistema de Rotario Unión giratoria (swivel.- Este elemento esta sostenido por la polea viajero (block) y se instala en la parte superior de la flecha. Tiene tres funciones básicas: Soportar el peso de la flecha y sus accesorios. Permite que la flecha gire. Conecta el sistema de circulación con el sistema de rotación. Provee un sello hermético permitiendo el bombeo del lodo. Nota.- En los equipos marinos la polea viajera esta provista de un compensador que absorbe los movimientos oscilatorios ascendentes y descendentes de las plataformas. Estos movimientos varían de 4.5 a 7.5 m.

2.4 Sistema de Rotario El sistema Top Drive.- Este sistema también es superficial y transmite la rotación a la tubería de perforación y esta a su ves a la barrena. Este sistema esta compuesto por: Unión giratoria Motor eléctrico Sistema de frenado Control de torque Control remoto para el gancho Válvula de control Elevador Al ser un elemento de reciente innovación, su utilización es muy costosa, razón por la cual únicamente se utiliza en: Pozos altamente desviados Pozos horizontales Pozos multilaterales Perforación bajo balance

Ventajas del uso de un TOP DRIVE: 2.4 Sistema de Rotario Ventajas del uso de un TOP DRIVE: Elimina dos tercios de las conexiones al perforar con lingadas triples. Mantiene la orientación direccional en intervalos de 27 a 29 m, reduce ell tiempo de supervisión y mejora el control direccional. Toma núcleos en intervalos de 27 a 29 m. Mejora la eficiencia de la perforación bajo balance. Se puede circular y rotar la sarta durante los viajes. Ayuda en la prevención de pegaduras. Mejora la seguridad en el manejo de la tubería. Desventajas en el uso del TOP DRIVE Altos costos de mantenimiento

El Sistema Motor De Fondo.- 2.4 Sistema de Rotario El Sistema Motor De Fondo.- Este sistema es sub superficial, ya que se instala inmediatamente arriba de la barrena y la acción de rotar es generada por el fluido de perforación:

2.4 Sistema de Rotario Sistema de transmisión de la rotación.- El sistema de transmisión de la rotación de la superficie a la barrena se realiza mediante la sarta de perforación. La sarta de perforación esta compuesta por: Tubería de perforación (TP).- Es la tubería que se instala inmediatamente arriba de los lastra barrenas ó tubería pesada. Tubería pesada (heavy walled).- Esta tubería se instala inmediatamente debajo de la tubería de perforación. Estos pueden ser lisos y helicoidal (ranurado) ayudando este último a evitar pegaduras.

Sustitutos.- Son utilizados para unir tubería con diferente rosca 2.4 Sistema de Rotario Lastra barrenas (Drill Collar).- Es la tubería que se instala arriba de la barrena. Son muy pesados y son los que proporcionan el peso a la barrena para perforar, el rango de diámetro de esta herramienta es de 3 a 12 pg, su longitud promedio es de 9.5 m. Al igual que la tubería pesada, existen lastra barrenas liso y en espiral. Sustitutos.- Son utilizados para unir tubería con diferente rosca Estabilizadores.- Son instalados entre los lastra barrenas como protección de los mismos y mantienen la dirección de la barrena, algunos son equipados con elementos de corte (carburo de tungsteno).

2.5 Sistema de Control Presiones en las Formaciones a Perforar. El sistema de control también es conocido como “Conexiones superficiales de control” y es el que proporciona la seguridad en el pozo en situaciones de aportación de fluidos imprevista de las formaciones perforadas. Existen diferentes tipos de arreglos de los preventores con Normas API. La clasificación de los mismos, es en base a la presión que manejarán, así tenemos: Clase 2M, Clase 3M, Clase 5M, Clase 10M y 15M El arreglo óptimo deberá considerar los siguientes factores: Presiones en las Formaciones a Perforar. Tipo de Yacimiento Áreas (Pobladas, Sensibles, etc.). Tipo de Equipo de Perforación (terrestre o marino)

1 2 3 4 Análisis De Un Arreglo De Preventores 2.5 Sistema de Control Análisis De Un Arreglo De Preventores El preventor anular ó Hydrill, tiene la particularidad de proporcionar un sello hidráulico por el espacio anular de la tubería de perforación sin importar el diámetro, su elemento de empaque se ajusta a la forma de la tubería. Es el preventor ciego ó de corte, este elemento cuando es accionado corta la tubería que se encuentre en ese momento. Es el preventor anular, ya que al accionarlo hace un sello hidráulico. Carrete de control, utilizado para el control del pozo en caso de presentarse algún brote o manifestación. Árbol de estrangulación, utilizado para el control del pozo y en las pruebas de producción. 1 2 3 4

Desviador de flujo (Diverter).- 2.5 Sistema de Control Pruebas Operativas a los Preventores Pruebas Hidráulicas. Desviador de flujo (Diverter).- Se emplea como medio de control del pozo, antes de cementar la tubería de revestimiento superficial e instalar el conjunto inicial de preventores, con el objetivo de poder manejar los posibles flujos en formaciones someras y derivándolos a sitios de control. Cuando se instale un sistema desviador se recomienda lo siguiente: Adiestrar al personal para su operación. Verificar que las líneas desviadores estén libres.

S I S T E M A D E C O N T R O L T E R R E S T R E

Preventor esférico 21 ¼” 2M 2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo con presiones máximas de 2000 PSI con preventores sencillos Preventor esférico 21 ¼” 2M Preventor sencillo 21 ¼” o 2M Arietes 5” o 4 ½” Carrete de control 21 ¼” 2M, Preventor sencillo 21 ¼” 2M arietes ciegos Carrete espaciador 21 ¼” 2M Brida adaptadora de 20 ¾” 3M a 21 ¼” 2M Cabezal soldable 20 ¾” TR de 20 “ Múltiple de estrangulación

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo con presiones máximas de 2000 PSI con posible presencia de gas. Diverter Preventor esférico BOP anular Carrete de control BOP anular Cabezal Múltiple de estrangulación

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo y exploratorios con presiones máximas de 5000 psi para perforar bajo balance. Cabeza rotatoria Preventor esférico Preventor anular doble Carrete de control Preventor anular sencillo Cabezal Árbol de estrangulación

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo y exploratorios con presiones máximas de 10,000 PSI para perforar con flujo controlado. Preventor rotatorio Preventor esférico Preventor anular doble Carrete de control Preventor anular sencillo Cabezal Árbol de estrangulación

2.5 Sistema de Control S I S T E M A D E C O N T R O L M A R I N O

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo con presiones máximas de 2000 psi en plataformas fijas y autoelevables. Raiser BOP esférico 21 1/4” BOP anular sencillo 21 1/4” Carrete de trabajo 21 1/4” BOP anular sencillo 21 1/4” Cabezal 20 ¾””

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo y exploratorios con presiones máximas de 3000 PSI en plataformas fijas y autoelevables. Diverter 21 1/4” BOP esférico de 21 1/4” BOP anular sencillo tipo “U”21 1/4” Carrete de trabajo 21 1/4” BOP anular sencillo tipo “U” 21 1/4” Brida adaptadora 2M a 3M Cabezal 20 ¾”

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo y exploratorios con presiones máximas de 5000 PSI en plataformas fijas y autoelevables. Bop esférico de 13 5/8” Bop anular doble tipo “U”de 13 5/8” Bop anular sencillo tipo “U” de 13 5/8” Cabezal compacto de 13 3/8” x 9 5/8” x 7 1/16” Cabezal compacto de 20 ¾”

Arietes inferior ciego Carrete cabezal de 20 ¾” 3m x 2.5 Sistema de Control Arreglo de conexiones superficiales de control para perforación de pozos de desarrollo con presiones máximas de 5000 PSI en plataformas fijas y autoelevables para perforar casquete de gas, bajo balance y con flujo controlado. Línea a temblorina Línea al mar Línea de Matar Preventor esférico 16 3/4“ 5m Línea de Igualación Preventor doble 16 3/4 ” 5m Arietes superior 5” o 41/2 ” Arietes inferior ciego Piso de preventores Carrete espaciador 16 3/4 ” 5m Línea de Matar Carrete de control 16 3/4 ” 5 m Línea de U. De alta Preventor sencillo 16 3/4 ” 5 m Arietes 5” o 4 ½” Línea de Estrangulación Carrete cabezal de 20 ¾” 3m x 16 3/4” 5m TR de 20 “ Piso de producción Cabezal soldable 20 ¾” 3m TR de 13 3/8 “ Conductor 30”

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de conexiones superficiales de control para perforación de pozos exploratorios con presiones máximas de 10,000 PSI en plataformas fijas y autoelevables para perforar casquete de gas Preventor rotatorio Bop esférico de 13 5/8” Preventor anular doble tipo “U” Carrete de trabajo Preventor anular sencillo Línea de matar Cabezal

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de múltiple de estrangulación para perforación, terminación y reparación terrestre 10,000 PSI Línea de estrangular primaria diámetro nominal mínimo 3” Línea de estrangular secundaria diámetro nominal mínimo 3” Estrangulador hidráulico a control remoto Estranguladores ajustables manuales Cámara de expansión diámetro mínimo 6” Válvulas y cuadros de 3 1/16” 10,000 PSI Líneas de desfogue D.N. mínimo 3” Y para pozos de gas 4” Válvulas 5000 PSI Carretes de 3 ½” con bridas 3 1/16” 5000 PSI A batería de separación A quemador

2.5 Sistema de Control Arreglo estándar de múltiple de estrangulación para perforación, terminación y reparación en plataformas fijas y autoelevables 10,000 PSI.

El sistema de control de preventores se puede accionar de dos maneras: Manual.- Utilizando un volante con una espiga larga para facilitar su operación. Hidráulicamente.- El accionamiento hidráulica se realiza mediante la Bomba koomey que es la encargada de proporcionar la presión necesaria para accionar el sistema de cierre o apertura de los preventores. La bomba koomey tiene dos sistemas de control; uno instalado al lado izquierdo del perforador y el otro en la misma unidad de la bomba.

2.5 Sistema Medidor de Parámetros de Perforación La función principal de este sistema es la de monitorear en forma continúa los parámetros más importantes durante la perforación, para evitar desviaciones en los programas operativos y anomalías que pudieran ocasionar accidentes durante la operación.

Velocidad de perforación Peso en el gancho Propiedades de la roca 2.5 Sistema Medidor de Parámetros de Perforación Algunos De Estos Parámetro: Profundidad Velocidad de perforación Peso en el gancho Propiedades de la roca Dirección y ángulo de la perforación Peso sobre la barrena Gasto de bombeo Potencia de torsión Velocidad de rotación (rpm) Presión de la bomba Nivel de presas (vol de lodo) Densidad del lodo Flujo de salida del lodo

Secuencia de la perforación Mete el 1er tubo Perfora 1er tubo Levanta la flecha

Secuencia de la perforación